Раздел .2. Возбудители рпду

Возбудители предназначены для генерирования колебаний требуемой частоты с заданной стабильностью. Кроме того, в современных возбудителях осуществляется формирование радиосигнала.

- относительная нестабильность частоты;

ОГ – опорный генератор – обеспечивает генерирование колебаний с заданной

стабильностью.

СЧ – синтезатор частоты – формирует сетку дискретных рабочих частот;

ФСИ – формирователь информационного сигнала;

ТВИ – тракт ввода информации.

Автогенераторы

В состав любого генератора входят:

1. источник питания;

2. усилитель;

3. резонансная система;

4. цепь положительной обратной связи.

Анализ баланса амплитуд:

; ;

;

;

;

;

;

;

Анализ баланса амплитуд дает возможность установить условия стационарного режима работы автогенератора. Анализ баланса фаз устанавливает точную частоту генерации.

;

Достонство мягкого режима: схема начинает работать сразу после включения питания.

Недостаток: низкая стабильность.

В жестком режиме рабочая точка выбирается в режиме отсечки. При этом схему запустить можно только от внешнего генератора.

Недостатком жесткого режима является то, что колебания сами по себе не возникают. Однако при этом получаем высокую стабильность.

На практике схему запускают в мягком режиме, а потом переводят в жесткий режим с помощью цепочки автосмещения.

Лекция № 16

Анализ баланса фаз

φ_s + φ_β + φ_z = 2πn

В общем случае все 3 члена зависят от частоты, но в узком диапазоне ожидаемой генерации.

φ_s + φ_β = const

Рис. 1

В общем случае резонансная частота ω₀ ≠ частоте генерации автогенератора ω_г. Баланс фаз устанавливает точное значение ω_г.

Рис. 2

Для увелечения стабильности частоты автогенератора добротность должна быть высокой.

Рис. 3

r_1(2,3)<<x_1(2,3) – чтобы получить большую добротность.

Тогда:

Рис. 4

1. x₁ + x₂ + x₃ = 0 – условие резонанса

2. β = U_бэ/U_к = (I_кон*х₂)/(I_кон*х₂) = х₂/х₃.

Коэффициент обратной связи действительная величина => x₂ и x₃ должны быть одного характера: x₁ = -| x₂ + x₃ |

Эквивалентная схема по ВЧ ((x₂ + x₃) – L, x₁ – C) индуктивной трёхточки изображена на рис. 5.

Рис. 5

Эквивалентная схема по ВЧ ((x₂ + x₃) – С, x₁ – L) ёмкостной трёхточки изображена на рис.6.

Рис. 6

Эта схема более высокостабильна:

Рис. 7

Замечание:

• в трёхточечных схемах важно обеспечить характер сопротивления, а не наличие конкретных индуктивностей либо ёмкостей. Таким образом в качестве реактивностей схемы могут быть использованы резонансные системы с соответствующей растройкой либо кварц;

• по ВЧ общий электрод АЭ может быть любой;

• схема ёмкостной трёхточки используется в модифицированном виде:

Схема Клаппа:

Рис. 8

Эквивалентная ёмкость контура меньше min C_кл, то есть очень маленькая. Для сохранения резонансной частоты колебательный системы необходимо увеличить L. Если считать, что потери не возрастают, то добротность контура Q возрастают, что и требуется.

Рис. 9

R₁R₂ – обеспечивают мягкий режим запуска VT.

R_эC_э – цепь автосмещения – перевод схемы в жесткий режим.

Недостаток: схемы обеспечивают нестабильность частоты δ = 10^-3.

Стабилизация частоты автогенераторов.

1. Механические воздействия (вибрации).

2. Температура.

3. Изменение параметров АЭ.

4. Изменение Z_n => изменение резонансной частоты (реактивность), добротность (активная) (Применение буферного каскада).

Способы, уменьшающие рассмотренные факторы, называются параметрическими методами. Это позволяет получить δ = 10^-5. Наилучшая стабилизация обеспечивается кварцевыми резонаторами.

d = (2*n-1)*λ/2, n = 1,2…

λ = v_зв/f; v_зв = (3…6)*10³ м/с; f_кв (МГц) = (1,5…3)*(2*n-1)/d(мм)

n = 1 – основной резонанс кварца

Параметры и характеристики кварцевых резонаторов.

Эквивалентная схема кварца первой гармонике:

Рис. 10

L_кв = 0,01…сотен Гн;

C _кв = 0,01…0,1 пФ;

r_кв = ед Ом;

C₀ = ед…десятки пФ;

Qкв = 10⁶…10⁷;

ω_кв = 1/( C_кв* L_кв)^1/2;

ω₀ = 1/( L_кв*(C_кв*C₀/C_кв+C₀)^1/2;

Рис. 11

Во всех трёхточечных схемах от ω_кв до ω₀ кварц как L (осцилляторные схемы). На частоте последовательного резонанса ω_кв схемы называются фильтровыми.

1. Осцилляторные схемы:

Рис. 12 Рис. 13 Рис. 14

вариант схемы на гармониках:

Рис. 15

ω < N*ω_кв - условие построения гармониковых схем

Лекция №17.

2. Фильтровые схемы с кварцем.

Используется четкий последовательный резонанс кварца. При этом кварц может включаться непосредственно либо в цепь обратной связи. Отличительной особенностью фильтровых схем является то, что кварц работает до 15-й, 17-й гармоник кварца. Надо постоянно учитывать в фильтровых схемах паразитную (шунтирующую) ёмкость x_C0.

Рис. 16

Влияние шунтирующей ёмкости C₀ компенсируют либо нейтрализуют:

Рис. 17

Схема использования кварца (устанавливают в контур):

Рис. 18

R₁R₂ – обеспечивают смещение базы

L_рR_э – из стационарного режима в жёсткий

Эквивалентная схема по ВЧ:

Рис. 19

Схема использования кварца (устанавливают в цепь обратной связи):

Рис. 20

Эквивалентная схема по ВЧ:

Рис. 21

Схема с нейтрализацией C₀ – мостовая схема:

Рис. 22

С_N – ёмкость нейтрализации

С₁ = С₂ и С_N = C₀ – баланс моста

U_бэ~ = 0

На ВЧ эммитер на земле.

Без параметрических методов стабилизации стабилизация 10^-6,

с параметрическими – 10^-7…10^-8.

Построение высокостабильных возбудителей (без формирования сигнала).

1. Для передатчиков фиксированных волн используются схемы по принципу «кварц-волна».

2. И нтерполяционный способ – имеем возможность организовать работу передатчика с перестраиваемой частотой с большой стабильностью частоты:

Рис. 23

f_д – диапазонная, f_кв – кварца; f_кв>>f_д .

Ex.1. Предположим f_кв = 3 МГц (δ = 10^-6; Δf = 3 Гц); f_д = 200 кГц (δ = 10^-3; Δf = 200 Гц).

Δf_вых = 200 Гц; δf_вых = 200/3*10⁶ = 6*10^-5.

E x. 2. f_кв1 = 2,8 МГц; f_д = 200…400 кГц; f_кв2 = 2,8 МГц; f_кв3 = 2,8 МГц.

3. Использование синтезаторов частоты.

Синтезаторы частоты (СЧ)

Синтезаторы частоты формируют дискретную сетку высокостабильных частот.

f_ш = 10^k Гц – шаг сетки; -n₁…-1 = k = 0,1…n₂

Рис. 24

ОГ – опорный генератор. Для стабильности 10^-5…10^-8 – это кварцевые генераторы, для

δ = 10^-11…10^-12 – квантовые стандарты частоты.

ДОЧ – датчик опорных частот – вырабатывает колебания с заданными шагами сеток частот.

ДСЧ – датчик сетки частот – из частоты f_ш формирует колебания заданной частоты.

В общем случае: f_вых = n_m*10^m-1*f_ш+n_m-1*10^m-2*f_ш+…n₁f_ш

n_i – может принимать любые целочисленные значения

m – количество значащих цифр максимального значения частоты

Ex. f_max = 9999 кГц (f_ш = 1 кГц).

Основные параметры синтезаторов частоты:

1. f_min…f_max; k_д = f_max/f_min (коэффициент диапазона); 1,2  k_д < 100;

2. f_ш – шаг сетки;

3. N – количество частот (от единиц до миллионов); N = (f_max – f_min)/f_ш;

4. стабильность (нестабильность) частоты;

5. частота спектра выходных колебаний: -40…-60 дБ (для паршивых) до –120 дБ (для хороших синтезаторов);

6. время установки или изменения частоты.

По принципу действия СЧ могут быть прямого или косвенного синтеза (пассивный или активный).

Прямого – пассивный СЧ, косвенного – активный СЧ.

СЧ прямого (пассивные) синтеза формируют выходные колебания непосредственно из колебаний опорного генератора с использованием простых арифметических действий:

f_вых = f_эт/m; f_эт*n; (f_эт/m)*n; (m₁/n₁ + m₂/n₂)*f_эт.

Выделение выходных колебаний осуществляется с помощью фильтров.

Активные СЧ вырабатывают выходные колебания с помощью отдельного генератора, частота которого непрерывно сравнивается с частотой ОГ. Подстройка или перестройка частоты ОГ осуществляется с помощью цепей ЧАПЧ либо ФАПЧ (частотная или фазовая автоподстройка частоты).

По элементной базе СЧ могут быть аналоговые или цифровые.

С интезаторы частоты прямого синтеза (пассивные СЧ).

Рис. 25

ГГ – генератор гармоник; СГ – селектор гармоник

Рис. 26

Рис. 27

Селектор гармоник нужен для того, чтобы СЧ был с отличной селективностью и перестраеваемый в большом диапазоне частот, но это очень трудно исполнимо.

Лекция № 18.

а) Аналоговый:

Рис. 28

б) Цифровой:

Рис. 29

БП – блок памяти. В нем хранятся выборки синусоиды. Изменяя частоту выборки формирует период синусоиды. Спектр не удается получить очень чистым.

Синтезаторы частоты косвенного синтеза (активные СЧ).

Рис. 30

ФД – фазовый детектор

ЦУ – цепь управления

ГУН – генератор управления напряжением

ПГ – перестраеваемый генератор

Условие синхронизма: mf_ог = f_вых.

Спектр выходных колебаний чистый. Чем меньше шаг, тем ФНЧ должен быть более низкочастотным.

Ф АПЧ позволяет складывать, вычитать, умножать и делить колебания.

Суммирование:

Рис. 31

f₁ = f_вых – f₂ – условие синхронизма работы ФД.

f_вых = f₁ + f₂

Умножение:

Рис. 32

Цифровой активный синтезатор:

Рис. 33

ДПКД – делитель с переменным коэффициентом деления.